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氧化劑與還原劑 (煉鐵 (化學反應式 (氧化數 (Fe= +3、C= 0、Fe= 0、C=+4), 還原反應 (Fe2CO3 --> Fe …
氧化劑與還原劑
煉鐵
意義
人類材料科學最重要的實驗
過程
加入還原劑，使鐵礦Fe2O3還原成鐵Fe
加入氧化劑，使C氧化成CO2
定義
Fe2O3與碳C反應，生成鐵Fe與二氧化碳CO2
化學反應式
2Fe2O3 + 3C --> 4Fe + 3CO2
氧化數
Fe= +3、C= 0、Fe= 0、C=+4
還原反應
Fe2CO3 --> Fe ：氧化數降低，為還原反應，Fe2O3幫助C氧化，為氧化劑(本身還原的物質，為氧化劑)。Fe為還原產物。
氧化反應
3C --> 3CO2：氧化數增加，為氧化反應，C幫助Fe2O3還原，為還原劑(本身氧化的物質，為還原劑)。CO2為氧化產物。
銅離子與鋅反應
化學反應式
Cu2+ + Zn --> Cu + Zn2+
氧化數
Zn = 0、Cu2+ = +2、Zn2+ = +2、Cu = 0
還原反應
Cu2+ --> Cu：Cu2+獲得電子，被還原。Cu2+幫助Zn被氧化，為強氧化劑；Cu為弱還原劑
氧化反應
Zn --> Zn2+：鋅失去電子，被氧化。Zn幫助Cu2+被還原，為強還原劑。Zn2+為弱氧化劑
共軛氧化還原對
同一個物質，在氧化還原反應前後，如同共軛酸鹼對般，互為共軛氧化還原對
Cu2+ --> Cu
Zn --> Zn2+
氧化還原對強弱與反應方向
還原力(失電子趨勢)
Zn > Cu
Zn是比較強的還原劑，其所產生的Zn2+就是比較弱的氧化劑
氧化力(得電子趨勢)
Cu2+ > Zn2+
Cu2+是比較強的氧化劑，其所產生的Cu就是比較弱的還原劑
氧化還原反應
向
易得失電子
的方向
從強氧化、還原劑向弱還原、氧化劑
非金屬元素(容易形成負的氧化數)的氧化還原
易得電子，本身被還原，常當氧化劑
F2 > O3 > Cl2 > O2 > Br2 > I2
如果Cl2遇到比它氧化力弱的元素(Br2)的離子(Br-)反應時，
會
自然發生下列過程：Cl2 + 2Br- --> Br2 + 2Cl-
如果Cl2遇到比它氧化力強的元素(F)的離子(F-)，則下列反應
不會
自然發生：Cl2 + 2F- --> 2Cl- +F2
金屬元素、碳、氫元素(容易形成正的氧化數)的氧化還原
易失電子，本身被氧化，常當還原劑
Na > Mg > Al > C > Fe > H2 > Cu
如果C遇到比它還原力弱的元素(Cu)的離子(Cu2+)反應時，
會
自然發生下列過程：C + CuO --> Cu + CO2
如果C遇到比它還原力強的元素(Mg)的離子(Mg2+)反應時，
不會
自然發生下列反應：C + MgO --> Mg + CO2
常見的氧化劑
氧化劑特色
易還原，原子處高氧化態，含氧原子多
，容易把O釋放出來，當成氧化劑，且它的氧化數會降低
種類
KMnO4(過錳酸鉀)
中性 / 弱鹼性環境
MnO4-(紫) + 2H2O + 3e- --> MnO2(褐) + 4OH-
氧化數：+7 --> +4
電子轉移數：3
強鹼性環境
MnO4-(紫) + e- --> MnO42-(墨綠)
氧化數：+7 --> +6
電子轉移：1
酸性環境
氧化數：+7 --> +2
電子轉移數：5
MnO4-(紫) + 8H+ + 5e- --> Mn2+(淡粉紅) + 4H2O
K2Cr2O7
Cr2O72-(橙) + 14H+ + 6e- --> 2Cr3-(綠) + 7H2O
氧化數：+6- --> +3
電子轉移：6
常見酸氧化劑
H2SO4(濃)
H2SO4 + 2H+ + 2e- --> SO2 + 2H2O
氧化數：+6 --> +4
電子轉移數：2
註：硫酸在高濃度時有強的氧化力，低濃度時弱。
HNO3
註：硝酸在高或低濃度時，都有強的氧化力
濃
氧化數：+5 --> +4
電子轉移數：1
HNO3 + H+ + e- --> NO2(紅棕) + H2O
稀
HNO3 + 3H+ + 3 e- --> NO + 2H2O
氧化數：+5 --> +2
電子轉移數：3
ClO-(漂白劑、次氯酸根)
氧化數：+1 --> -1
電子轉移：2
ClO- + 2H+ + 2 e- --> Cl- + H2O
思考題：是否所有的酸，都是氧化劑？否。例鹽酸 HCl內的Cl氧化數 -1 ，本身不會還原
常見還原劑
還原劑特色
易氧化，原子處於低氧化態，含氧原子少
種類
Fe 2+
氧化數：+2 --> +3
電子轉移：1
Fe2+(綠) --> Fe3+(褐) + e-
C2O42-草酸根
C2O42- --> 2CO2 + 2e-
氧化數：+3 --> +4
電子轉移：2
Sn2+
氧化數：+2 --> +4
電子轉移：2
Sn2+ --> Sn4+ + 2e-
SO2
、
HSO3
-、
SO3
2-
氧化數：+4 --> +6
電子轉移：2
SO3
2- + H2O -->
SO4
2- + 2H+ + 2e-
S2O3
2- 硫代硫酸根(生活常見)
與弱氧化劑(例：I2)反應
氧化數：+2 --> +2.5
電子轉移：1
與弱氧化劑(例：I2)反應
S2O3
2- -->
S4O6
2- 四硫磺酸根+ e-
與強氧化劑(例：Cl2)反應
S2O3
2- + 5H2O --> 2
SO4
2- + 10H+ + 8e- 四硫磺酸根+ e-
氧化數：+2 --> +6
電子轉移：8
可當氧化劑或還原劑
特色：原子處中間氧化態，可還原，可氧化
例
H2O2
氧化劑
氧化數：-1 --> -2
電子轉移：2
雙氧水加入碘化鉀：H2O2 + 2H+ + 2e- --> 2H2O
還原劑
雙氧水加入過錳酸鉀：H2O2 --> O2 + 2H+ + 2e-
氧化數：-1 --> 0
電子轉移：2